垃圾焚烧炉点火升温系统中油枪的应用

摘 要：某厂焚烧炉日处理生活垃圾500 t，现以油枪系统在其发电锅炉项目中的应用为例，阐述了启动燃烧器喷油量为0.5 t/h的单只油枪、辅助燃烧器喷油量为1 t/h的单只油枪的功能应用及主要注意事项。

关键词：油枪点火系统;油枪结焦;燃烧设备及配风系统;火焰检测及炉膛监测系统;燃烧器

中图分类号：X705;TM621.2  文献标志码：A  文章编号：1671-0797（2022）13-0048-05

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.13.014

1    油枪点火概述

油枪点火系统是在锅炉本体上设置的启动燃烧器及辅助燃烧器以油枪点火燃烧为主要的燃烧方式、通过其燃油管线上的控制阀组进行逻辑控制、电气仪表实时监控、助燃风控制系统操作，便于锅炉正常升温、投产并联锁控制的系统。

系统采用0#轻柴油为燃料，主要包含油管线、燃烧设备、变频配风设备、炉膛监控系统、点火及火焰检测设备、流量压力及调控设备、PLC控制柜。

1.1    启动燃烧器

主要控制功能为：炉膛初次投入前期的升温烘炉，干燥、烘焙耐火材料;炉膛投入垃圾前，按照启动曲线控制炉膛缓慢升温。

1.2    辅助燃烧器

主要控制功能为：炉膛初次投入前期的高温烘炉升温;炉膛投入垃圾前为满足850 ℃/2 s指标的工况升温;炉膛投入垃圾过程中，为提高二英的高温分解效率，为使炉膛保持高温而机动性提升温度。

2    燃油管线

2.1    主供油及回油管线

主供油管线是4套油枪给油管线，给油管线主要含油泵、手动球阀三阀组、过滤器、调节阀、压力变送、流量计、压力开关等。油泵控制含热继保护及就地/远程控制，油泵配置基本是一用一备。主供油管线基本是采用周循环方式，一根管线分别到达4个点火油枪处，再循环到回油管线，最后油流入油罐。设计中主供油管线通径大些，有利于减少4只油枪间隙运行/停止产生回压波动，对燃烧稳定起到一定作用。回油管线配置了4～20 mA气动调节阀，调节性能好、动作灵敏、无火花。调节阀同样配置手动球阀三阀组，便于紧急情况时调节阀的维修，可通过旁路对整个油管线调压。

2.2    油枪管线

油枪管线根据油枪功能配置，油枪按雾化方式可分为机械雾化、空气雾化、蒸汽雾化等，本文以空气雾化油枪为例，空气雾化油枪管线含油角阀供油管路、吹扫管路、压缩空气管路，如图1所示，3个管路均含气动快关阀、手动截止阀、止回阀等。气动快关阀是根据设计要求，由程序发出可使燃烧设备快速切断一切燃料的主要元件。气动快关阀阀体以球阀为主，结构简单，流体阻力小，密封性能好，开闭迅速，便于电气控制。止回阀设置在吹扫及压缩空气管路后端，阻止油路向气路回油。手动截止阀是使用和关闭油路及气路管线的手动操作部件，对于调节流量仍然起到很大的作用。

3    燃烧设备及配风系统

3.1    燃烧设备

燃烧器主要包括燃烧器本体、配风挡板、前面板、观察孔、安装法兰、支吊架组件、点火燃烧器套筒、耐热钢制作的燃烧喷嘴及平流式稳燃罩装置。燃烧器与外部配风系统、油枪冷却风入口、吹扫空气入口等采用法兰式金属软连接。燃烧器作为系统整体框架结构的集成，汇集了点火装置、火焰检测装置、推进装置、配风系统装置等，为油枪点火、稳定燃烧提供可靠的保障。

3.2    配风系统

配风系统主要由变频风机、调节风门、风管线、风管流量计、风管压力变送器等组成。配风主要工作状态为点火前的吹扫，点火进行中的配风，炉膛运行中燃烧器风冷。配风系统功能主要是为油枪点火燃烧提供充足的氧含量使其充分燃烧，改善火焰形状、长度和强度;对燃烧器本体提供风冷，隔断炉膛正压时热风对燃烧器附近设备仪表的热辐射危害。

4    火焰检测及炉膛监测系统

4.1    火焰检测设备

可见光火焰检测设备以下简称“火检”，适用于油燃烧后产生的可见光光谱范围。火检是启动及辅助燃烧设备从点火到运行，判断油枪在整个燃烧过程中是否被引燃的重要依據。火检强度以4～20 mA信号反馈给上位机系统，以便更加有效地判断火焰变化。程序控制的配风比例会导致油枪火焰闪烁，根据火检强度能够更有效地进行把控，对程序判断油枪是否灭火并及时切断油燃料阀起着重要作用。火检系统由火检冷却风机、冷却管线和阀组组成。

4.2    炉膛监测系统

炉膛监测系统（以下简称“炉膛工业电视”）[1]是通过屏幕监测燃烧锅炉内油枪燃烧状态的电视监视系统。操作者可在集控室的大屏上直观地看到炉膛内油枪点火、正常燃烧和熄火的工作状态，如图2所示。

火焰检测设备及炉膛监测系统在锅炉燃烧控制领域已广泛投入使用，在锅炉的FSSS系统中起到安全保障作用。

5    燃烧器控制管理

5.1    燃烧器控制

点火燃烧器单元包括启动燃烧器2台、辅助燃烧器2台，分别布置在炉后墙及炉上侧部，以使炉膛均匀受热。单台燃烧器点火控制步骤大致如下：变频风机准备好→变频风机远程状态→开变频风机→设定变频风机频率→设定助燃风调节阀开度→进入吹扫5 min→吹扫完成→设定变频风机频率→设定油调节阀开度→进点火枪→进油枪→开压缩气阀→开点火器→开油阀→火检判断，火检判断有火后会在操作画面上显示火焰图标。点火成功后，火检显示有火，燃烧器显示运行。点火失败后，吹扫阀吹扫一定时间后自动关闭，油枪退出。控制系统可通过自动状态中一键自动点火或远程DCS一键点火方式进行点火，前提是手动试验点火成功后数据参数已经定义。燃烧器点燃与否通过可见光火焰检测仪进行判断或通过工业电视进行观测，现场燃烧状态及报警等信号远程传给DCS。

燃烧器程控柜为系统控制核心，内部装有PLC逻辑控制单元。燃烧器程控柜还设置触摸屏提供点火系统的监视和操作界面，系统的所有监视与操作可在触摸屏上完成。被控设备主要由阀门、火检、高能点火装置、推进器、过程仪表组成，过程仪表中压力变送器、压力开关用来检测管线压力高低，流量计用于检测管线流量等[2]。

5.2    燃烧器管理

工艺操作画面：主要用于点火、控制方式、设备状态、报警显示，如图3所示。

手动控制画面：主要用于点火器、阀门、变频器风机控制及参数设置。

自动控制画面：主要用于油调节阀参数、吹扫时间及比例设定参数设置。

故障报警画面：主要用于低点报警参数设定，部分报警投入确定。

曲线显示画面：主要用于油流量、油阀开度、风机频率、助燃风调节阀开度显示。

附屏显示画面：控制主页画面右下角，用于急停状态控制。

管理单元中的重点是油管支路阀门的管理，燃烧器油阀门控制，包括远程操作/就地手动启停。燃料投入燃烧器点火成功后，操作员根据各管理单元参数判断燃烧稳定状况，燃烧器投入是否已经正常运行。燃烧器油枪支管油阀参与MFT跳闸联锁[3]，当火检无火或出现MFT跳闸信号，油枪支管油阀自动关闭。

6    油枪部分问题总结及注意事项

6.1    油枪堵塞问题处理

油枪堵塞问题主要分布在投运前、中、后三个阶段。在燃烧器投运前，为了防止油枪堵塞，主要对燃油管线、雾化气管线进行吹扫，目的是清除管线中焊渣及灰尘。吹扫完成后对管线进行密封试验，在所有管线上的阀组气密性检验满足要求后，方可进入点火状态。密封试验目的是防止点火前管线及阀组油外漏或油内漏结焦。燃烧器投运中，为防止油枪结焦堵塞，燃烧器的配风是重点，配风是跟随油枪中油投入的流量增减，如果炉膛温度过高而配风少则容易积炭结焦。其次，油枪雾化气管线压力减小或者油枪雾化效果不良，油枪低温燃烧不充分，也会产生燃烧冒黑烟积炭结焦现象，要根据油枪特点把雾化气管线压力调节到油枪正常使用范围;燃烧器投运结束后（油枪停止使用），如果不使用吹扫管线对油枪进行吹扫，油枪支管线上的阀门关闭后，油枪管内仍残留油，这时如果炉膛高温运行一段时间，油枪管内的油就会高温烘烤结焦，直接影响下次投入使用。所以油枪投运结束后，要及时对油枪内部再次进行吹扫点燃，油枪投运结束后吹扫时间可设定在60 s范围内，吹扫的同时再投入点火枪工作一次，点燃残留的油，燃烧器油枪吹扫完成后恢复到初始点火准备投入状态。

油枪堵塞的其他外围原因分析：油枪喷头结构不合理导致雾化效果不好、雾化角度不合理;提供柴油品质不达标;油管线过滤器滤网选型不正确导致杂质阻塞;现场环境温度过低导致燃油流通性不稳等等。本文不再过多叙述。

6.2    避免油枪冒黑烟现象

油枪点火运行中油枪雾化效果不好、燃烧不充分、火焰发黄且配风不合理产生大量黑烟，原因分析如下：正常投运时炉膛温度并没有达到辅助燃烧器投入要求，为了提高炉膛温度上升速度而没有按温升曲线投入了大流量油枪运行，炉膛负压没有跟进，空气含氧量减少，导致几根油枪燃烧不充分冒黑烟。解决方式：先逐步运行启动燃烧器，使炉膛根据锅炉温升曲线升温，到达炉温要求后，控制引风机频率及炉膛负压、控制燃烧器给风系统，等炉膛温度稳定后再引燃一侧或另一侧辅助燃烧器（辅助燃烧器油枪流量1 t/h），燃烧稳定后再次选择性投入另一侧辅助燃烧器，直到炉膛温度调节稳定。通过观火孔或炉膛工业电视可以看出油枪燃烧效果，如果配风不好、火焰亮度不够，火焰明显强度也不够，炉膛工业电视大屏画面会显示炉膛比较灰暗，不是很明朗，可以判断冒黑烟。图4是从燃烧器观测孔及工业炉侧墙观测孔拍摄燃烧对比画面，燃烧比较明亮说明配风正好、燃烧充分，冒黑烟很少。

6.3    油枪火焰稳定性处理

油枪投入使用后火焰燃烧不稳定，火焰燃烧一小会儿就灭掉。首先检查锅炉炉膛负压是否过低，低于-100 Pa。正常控制在-80～-50 Pa（此参数适用于本次炉况，仅供参考），检查现场油路压力在0.7～1.1 MPa，现场压缩空气压力0.6～0.8 MPa是否满足，变频风机控制及反馈信号是否正常，火检信号是否正确。排查完成、现场工况一切正常后，首先通过试点火调试总结分析如下：当空气雾化油枪油压高于气压一定区间时油颗粒明显增多，炉膛工业电视目测炉膛变暗且有黑烟产生，虽然增加配风有所改善，但风开大了油枪反而容易脱火。当油枪油压低于气压一定区间时就发现油枪油量明显减少，火焰出现频率性闪烁、不稳定，然后就灭掉。炉膛出现以上两种现象时就很容易判断火焰不稳定的主要原因仍然是没有有效掌握油枪的配比参数、配风参数，所以应对现场油压及气压做适当调节，及时记录油枪油供给压力、气供给压力、助燃风参数、炉膛负压参数等。进行第二次点火运行后根据参数再次点燃油枪，油枪燃烧不稳定将会有很大改善。其次，试验证明，油枪定位也起到很重要的作用。如图5所示，油枪伸出过短，火焰强度虽然不错，但油枪头处雾化油一直在稳燃罩上燃烧，对稳燃罩及油枪头带来很大的高温损伤，时间一长还会焦化变形、不好拔出。油枪伸出过长，火焰强度因为与燃烧口处配风没有有效结合而变弱，而且配风角度也不对，会产生黑烟，很容易脱火。油枪适当的定位对油枪稳定燃烧起到保障作用，有利于延长燃烧器使用寿命，油枪适当的定位也是设计人员设计的重要组成部分。油枪投运、稳定燃烧过程中，要在现场及时观测判断、记录参数，在出现燃烧不稳定时，根据记录及时处理。

6.4    运行中报警分析

燃烧器程控柜PLC逻辑控制单元中报警分类总结有点火失败报警、油阀门打开无火报警、阀门故障报警（保护投入出现）、油压低报警（保护投入出現）、压缩空气压低报警（保护投入出现）、助燃风压低报警（保护投入出现）、风机故障报警、急停（急停撤销，按复位键后可撤除）等等。油枪点火当中最主要的报警是点火失败报警，点火失败报警后不要立刻再次点火，因为炉膛内充满未点燃的油雾化颗粒，如果快速点火容易发生爆燃。现场操作人员出现的重大错误操作就是连续频繁点火，没有观察炉膛内大范围的油气，很容易发生爆燃现象。所以点火失败报警后一定要进行炉膛空气置换几分钟，等油雾化颗粒散去，通过燃烧器观测孔及炉膛工业电视看到炉膛内部视线清晰后，根据值长指示再次进行运行操作，不要频繁点火。为了避免点火频繁失败，炉排或灰斗积油，需要对油枪头进行检查。就地检查油枪头是否堵塞，有环境条件的可以就地检查油枪的空气雾化效果。对点火设备、火检设备也要同时检查，排除掉点火指令发出而实际不点火、油枪有火而火检检测不出火等原因。其他故障报警是对油枪能否正常投入运行、是否满足条件的逻辑判断，在判断油枪点不燃、油枪运行不稳定时都可以通过报警参数分析得到答案。

7    结语

锅炉系统中以油燃料为主要介质的燃烧器已在各行业广泛应用，燃烧器中油枪技术也在生产使用中不断成熟。本文主要是针对工程现场油枪出现的部分问题做技术性的经验总结，为产品的优化设计、操作人员技术培训、类似工程问题的处理提供参考依据。相信随着更先进科学技术的不断发展融入、较高水平的科技人才队伍建设，燃烧器油枪在垃圾焚烧、回转炉窑、煤粉热电等中小型锅炉上的设计与使用会更加智能方便、安全可靠。

[参考文献]

[1] 王丽英，刘佳.炉膛火焰电视监视系统的应用[J].当代化工，2008，37（4）：446-448.

[2] 周晓君.微油点火及稳燃技术在220 t/h锅炉上的应用[J].华北电力技术，2007（3）：45-47.

[3] 韦根原，赵炜.锅炉主燃料跳闸保护的设计与分析[J].自动化与仪器仪表，2014（9）：57-59.

收稿日期：2022-04-02

作者简介：周龙（1979—），男，江苏徐州人，工程师，从事工业炉燃烧控制系统、自动化系统设计及研发工作。